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6.不受外力作用时橡皮筋受热伸长;
在恒定外力作用下,受热收缩,试用高弹性热力学理论解释.
(1)不受外力作用,橡皮筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象,本质是分子的热运动。
(2)恒定外力下,受热收缩。
分子链被伸长后倾向于收缩卷曲,加热有利于分子运动,从而利于收缩。
其弹性主要是由熵变引起的,中,f=定值,所以,即收缩,而且随T增加,收缩增加。
7、在橡胶下悬一砝码,保持外界不变,升温时会发生什么现象?
解:
橡胶在力(拉力)的作用下产生形变,主要是熵变化,即蜷曲的大分子链在力的作用下变得伸展,构象数减少。
熵减少是不稳定的状态,当加热时,有利于单键的旋转,使之因构象数增加而卷曲,所以在保持外界不变时,升温会发生回缩现象。
9.今有B-S-B型、S-B-S型及S-I-S型、I-S-I型四种嵌段共聚物,其中哪些可作热塑性橡胶,为什么?
(B代表丁二烯,I代表异戊二烯)
只有S-B-S和S-I-S两种嵌段共聚物可作热塑性橡胶,其余两种不行。
因为S-B-S和S-I-S的软段在中间,软段的两端固定在玻璃态的聚苯乙烯中,相当于用化学键交联的橡胶,形成了对弹性有贡献的有效链——网链。
而B-S-B和I-S-I软段在两端,硬段在中间。
软段的一端固定在玻璃态的聚苯乙烯中,相当于橡胶链的一端被固定在交联点上,另一端是自由活动的端链,而不是一个交联网。
由于端链对弹性没有贡献,所以,这样的嵌段共聚物不能作橡胶使用。
10.按常识,温度越高,橡皮越软;
而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高,高弹平衡模量越高。
这两个事实有矛盾吗?
为什么?
按常识,温度越高,橡皮越软;
这两个事实不矛盾。
原因:
1),T升高,高分子热运动加剧,分子链趋于卷曲构象的倾向更大,回缩力更大,故高弹平衡模量越高;
2)实际形变为非理想弹性形变,形变的发展需要一定的松弛时间,这个松弛过程在高温时比较快,而低温时较慢,松弛时间较长,如图。
按常识观察到的温度越高,橡皮越软就发生在非平衡态,即t<
t0时。
11.为什么说实际橡胶弹性中带粘性,高聚物粘性熔体中又带弹性?
列举它们的具体表现。
如何减少橡胶的粘性?
在挤出成型中如何减小制品中的弹性成分?
实际橡胶弹性中带粘性的原因:
外力作用下分子链的质心发生位移,需克服摩擦力,是不可逆形变。
表现形式:
蠕变、应力松弛、滞后与耗。
减少橡胶的粘性:
减少分子链质心位移,如引入刚性成分,适度交联等。
高聚物粘性熔体带弹性的原因:
分子链质心的迁移是通过链段的协同运动实现的,外力去除后,通过链段的运动不可避免的要恢复一部分,表现出弹性。
高聚物粘性熔体带弹性的表现:
法向应力效应、挤出物胀大、不稳定流动等。
减小成型制品中的弹性成分:
提高熔体温度;
降低挤出速率;
降低分子量,减小分子量分布;
增加毛细管直径,增加口模长径比;
将出口设计为流线形等。
12.为什么高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好?
说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。
双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x,y方向上的模量、强度提高,韧性也提高,而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。
(2分)
解释原因:
1)取向后,高分子链沿取向方向排列,原子间以化学键结合为主,而未取向方向上原子间以德华力为主;
2)材料在拉伸取向的过程中,能通过链段运动,使局部高应力区发生应力松弛,使材料的应力分布均化,这也是取向后强度提高的原因之一。
(可不答)
3)取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。
因此,当材料的断裂强度随取向程度提高时,材料的脆化温度下降(如图).未拉伸普通有机玻璃的在室温附近,而双轴拉伸定向有机玻璃的低于室温。
拉伸度足够高时,可下降到-40℃。
因此,在常温下,双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区,不仅强度比普通有机玻璃的高,而且韧性也好得多。
13.如果把高分子材料在熔点或玻璃化以下进行退火处理,其蠕变速度有何变化?
为什么?
14.聚合物在玻璃化转变区域出现一个耗峰,为什么?
15.何谓高弹形变和强迫高弹形变?
有何异同?
出现强迫高弹形变的条件是什么?
16.能否说“温度愈高,蠕变速率和应力松弛速率愈快”?
17.高聚物的应力松驰现象,就是随着时间的延长,应力逐渐衰减到零的现象。
该说确否?
18.试述聚合物分子量对流动活化能和熔体切粘度的影响。
流动活化能与熔体切粘度的温度敏感性之间有什么关系?
如何求聚合物的流动活化能。
19.在塑料挤出成型中,如发现制品出现竹节形、鲨鱼皮一类缺陷,在工艺上应采取什么措施消除这类缺陷。
20.若在室温下(25℃)对橡皮筋(轻度交联橡胶)施加一适当的重物,试用曲线和公式表明其形变随时间的变化;
今若提高试验时的温度(35℃)进行同样的试验,其形变随时间的变化会有何不同,解释之
21.在楼板上安装振动装置时,若楼板与机座间安放橡皮楼板的振动大大减弱或完全消失,为什么?
22.已知聚甲基丙烯酸甲酯的应力松弛模量E(t)-T曲线如题5-3图所示,画出图中由▲指示状态下应力-应变行为(其它测试条件同)。
为了降低高分子熔体的粘度,
对于刚性料:
增加螺杆转速和柱塞压力(×
)
提高体系的温度()
对于柔性料:
提高料筒的温度(×
提高螺杆转速和柱塞压力()
第一章习题
1.什么是流变学(Rheology)?
流变学是力学的一个分支,它主要研究材料在外界作用下(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等)的流动和变形的一门科学。
2.流变性实质——“固-液两相性”,“粘弹性”并存。
3.聚合物流变学——研究高分子液体,主要指高分子熔体与高分子溶液,在流动状态下的非线性粘弹行为,以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。
4.软物质(Softmatter)也称软凝聚态物质(Softcondensedmatter),是处于固体和理想流体之间的一类凝聚态物质,一般由大分子或基团组成,如液晶、聚合物、胶体、生物膜、泡沫、颗粒物质、两亲分子等,这类物质相对于弱的外界影响(如施加给物质瞬间的或微弱的刺激),能作出相当显著的响应和变化。
5.流变学研究对象:
软物质;
聚合物流变学研究对象:
高分子溶液、高分子熔体、聚合物基复合体系。
软物质:
弱力引起大变化
6.聚合物流变学的研究方法:
结构流变学、加工流变学(唯象性流变学)、实验流变学
7.聚合物流变特点:
多样性、高弹性、时间依赖性:
8.聚合物主要流变行为:
粘性流动、类橡胶弹性、胡克弹性、粘弹性、塑性形变和断裂特性
9.聚合物的结构特点
•①高分子的链式结构:
由很大数目(103-105)的结构单元组成。
•②高分子链的柔顺性:
链的旋转产生非常多的构象,使主链弯曲而具有柔性。
•③高分子结构的多分散性,不均一性。
•④凝聚态结构复杂:
晶态(球晶、串晶、单晶、伸直链晶)、非晶态、液晶态结构、取向态结构等。
第三章线性粘性与非线性粘性习题
一、基本概念
1.流体、层流、湍流、牛顿流体、非牛顿流体、宾汉塑性体、假塑性流体、表观粘度、触变体、流凝体、
1、非牛顿流体;
牛顿流体;
粘流温度
2、表观粘度;
无穷大剪切粘度;
零切粘度
3、熔融指数;
门尼粘度;
幂律定律
4、触变体;
流凝体
5、拉伸粘度;
动态粘度
6、巴拉斯效应;
韦森堡效应;
熔体破裂现象;
挤出物胀大比;
挤出物胀大现象
二、判断题
1.粘流温度与外力大小和外力作用时间有关(Y)
2.聚合物的分子量大小对其玻璃化温度影响不大。
Y
3.分子量增加,Tf增大。
4.对Bingham塑性体,当切应力小于屈服应力时,其形变行为类似于虎克弹性体。
5.凡触变体均可视为剪切变稀的假塑性体,但假塑性体未必为触变体;
同样,凡震凝体均可视为剪切变碉的胀流体,但胀流性体未必为震凝体。
选择与填空题:
1,随分子量的增加,Tf和E的变化趋势()
a,Tf增加,E基本不变;
b,Tf增加,E增加;
c,Tf基本不变;
E基本不变
2、聚合物成型加工中,要减小柔性高分子的表观粘度,需提高剪切速率;
而要减小刚性链高分子的表观粘度,则提高温度更为有效()
3、高聚物的粘流活化能越高,其()
a.分子间作用力越小b.分子链越柔顺
c.分子链越刚硬或者分子间作用力越大
4、随分子量的增加,Tf和ΔEη的变化趋势
a、Tf增加,ΔEη基本不变;
b、Tf增加,ΔEη增加;
c、Tf基本不变,ΔEη基本不变。
5、高聚物的粘流活化能越高,其()
a、分子间作用力越小;
b、分子链越柔顺
6、下列聚合物中,熔体粘度对温度最敏感的是()。
A、PEB、PPC、PCD、PIB
7、聚合物的粘流活化能一般与()有关。
A、温度B、切应力C、切变速率D、高分子的柔顺性
8、下列四种聚合物中,粘流活化能最大的为()。
A、高密度聚乙烯,B、顺丁橡胶,C、聚二甲基硅氧烷,D、聚苯乙烯
9、对于同一种聚合物,在相同的条件下,流动性越好,熔融指数MI越()。
A、高、B、低、
10、假塑性流体的粘度随应变速率的增大而,用幂律方程表示时,n1。
11、聚合物熔体的弹性响应包括,与。
12、对于相同分子量,不同分子量分布的聚合物流体,在低剪切速率下,分子量分布的粘度高,在高剪切速率下,分子量分布粘度高。
13、通常聚合物熔体属于非牛顿流体中的()型流体,其流动行为可以用()公式描述,式中n值()。
14、加工聚碳酸酯时,可以采用()有效方法来改善其加工流动性。
15、非牛顿流体的主要类型有()、()和()。
16、高聚物熔体的弹性流变效应主要反映在()、()和()三个方面。
四、简答题
1、高分子熔体流动的特点
2、影响聚合物熔体流动性的因素有哪些
4、试从非晶态高聚物自由体积与粘度的关系推导WLF方程
5、随着剪切速率的增加,聚合物熔体的粘度会出现怎样的变化。
6、推导出幂律流体粘度和剪切速度的关系式,说明幂律公式和实际高聚物性质的差异
7、毛细管流变仪测定高分子流变性需考虑哪两种修正?
简要说明修正方法?
8、简要说明同类高聚物分子量和分子量分布对聚合物流动性能的影响。
9、什么叫剪切速率,它对聚合物熔体粘度的影响怎样?
10、怎样才能在成型加工
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